浅述高压直流输电系统故障和保护

浅述高压直流输电系统故障和保护摘要：随着高压特高压电网在我国的开展，直流输电技术在实际工程逐渐得到广泛应用。

本文叙述了高压直流输电系统各种故障，包括换流器故障（阀体或与其相关的设备故障、逆变失败和换流器内部短路）、各种情况下的换相失败和外部（交流系统和直流输电线路）故障等以及向对应的保护措施（过电流保护），并提出了直流输电工程中存在的问题和解决方案。

关键词：直流输电换流器故障过电流保护
通过所学的电力系统继电保护和高压直流输电所知，在交流系统中，我们用继电保护和断路器来检测和消除故障，直流输电系统的换流站与交流系统相连，因此基本保护思想与交流系统有着密切联系。

同时，直流输电系统本身固有的特性也决定了保护思想与传统保护思想有所不同。

主要特征有：直流断路器的限制，直流输电系统换流器控制速度和换流装置的顺序连接等。

因此直流系统中发生的故障常常是通过对换流器的控制来消除的，有些故障可以通过自身的调节功能来恢复。

一、换流站可能经受的基本故障类型
在直流输电的实际工程中，直流控制系统是保护的重要组成部分，系统装置误动，换相失败，由雷电或污秽引起的绝缘失效等都将引起换流站故障和扰动。

结合换流站的过电流和过电压两个主保护功能，分析换流站可能经受的基本故障类型有：
1、换流器故障
换流器故障类型可以粗略分为三种：
a、阀体或与其相关联的设备的故障。

对于晶闸管阀体，主要故障类型包括：为触发和误触发两种。

b、逆变失败。

该故障是逆变器最常见的故障类型，而且该故障通常有其他内部或外部故障引起。

c、换流器内部短路。

未触发指的是根据导通顺序某一阀体应该被触发而未被触发的故障；而误触发指的是根据导通顺序某一阀体不应被触发而被触发。

如果阀体触发故障发生在逆变电路，则其影响要大于整流电路。

但如果在整流电路中。

阀体触发故障反复出现，则可能引起直流输电系统的电压和电流崩溃。

逆变失败是指在逆变电路中，应该关断的阀体没有及时完全关断，从而导致应该开通的阀体不能及时承载系统电流所引起的故障。

一般来说，逆变失败是由于逆变提前角过小所导致。

虽然内部短路故障很少发生，但去可能发生在换流器的各个部位。

内部短路故障的原因主要包括：接地开关的误操作、绝缘老化和浪涌电流抑制器故障等。

2、换相失败
当换向电压减小或直流电流增大时，导致关断角减小，如果阀的关断角小于最小关断角，就可能发生换相失败。

同时，触发脉冲丢失也会导致不开通故障（整流器）或换相失败（逆变器）。

对于单次换相失败通常采用换流器的自动恢复，换相失败故障多发生在
逆变侧。

3、电流中断
当阀电流跌落到低于晶闸管的维持电流时，将发生电流中断。

由于感性电流截波效应的存在，会导致严重的过电压。

平波电抗器和整流器能帮助减小电流中断发生的概率。

二、导致直流输电系统不能正常工作的外部故障
这里所指的外部故障包括交流系统故障和直流输电线路的故障导致直流输电系统不能正常工作的情况。

由于交流系统短路故障，与其相连的换流站可能会减少甚至丧失传送功率的能力。

此时，必须采取最优的控制策略使得交流系统故障得到清除以后迅速恢复直流输电系统的正常运行。

直流输电系统的输电线路一旦发生短路故障，该故障不能自己消除，只有等到线路电流降至零（电弧熄灭）才能平息，故障发生后，线路电压崩溃，整流电路电流有增加的趋势，而逆变电路电流有降低的趋势。

实际工程通常采用的方案是：一旦发生故障，立即将线路两端的换流站调整至逆变状态，目的是迅速吸收线路上残余的功率，从而保证线路上电流迅速降低至零。

线路过电压故障一般采取降压和限压两种措施。

降压措施包括设计控制调节系统、采用平波电抗器、加载冲击波吸收电容器等。

限压措施有：从交流（直流）线路侵入的过电压受到交流（直流）母线避雷器的限制；工程中，由于污秽或腐蚀等导致线路设备的绝缘失效，由直流仿真器来确定合适的绝缘配合方案，选取耐腐蚀耐
高温的绝缘材料，并对其定期进行性能检测和更新。

三、过电流保护
可能导致换流器阀体过电流的故障原因包括阀体的内部故障、直流线路的故障、逆变器逆变失败故障和滤波器故障等几方面。

1、阀体的保护
内部故障将导致阀体的严重过电流，其原因是故障和交流系统之间的阻抗往往较小。

最严重的内部短路故障是一个阀体的端对端短路。

通常可以采用快速抑制阀体触发脉冲的方案来将故障阀体隔离。

如果阀体不能及时隔离，就必须采取交流侧电流断路器迅速动作的策略来抑制故障。

2、直流输电线路的故障
直流输电线路的故障比内部短路故障要频繁，主要有闪电引起。

可能导致线路过电流主要原因主要包括：线路接地故障，闪电引起的浪涌电流，逆变侧逆变失败故障导致过电流等。

3、滤波器组的保护
在直流输电系统直流侧和交流侧的滤波器组中，电容是由若干个小容量电容经过串并联连接而成的，每个小电容内部均设置了过电流熔丝。

四、总结
本文将直流输电系统中对于换流站中的换流器变换和阀体以及线路，将其在特高压大电网和交直流并网及其传送中可能出现的各种故障及其相应的保护措施进行阐述和分析。

以及提出了直流输电
工程中存在的换流器设备存在的问题，并部分给出了合理建议。

参考文献：
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